27

Задания для практических занятий

по курсу «Измерительные преобразователи»

ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

№№	Наименование тем занятий	Номера тем программы
1 2 3 4 5 6 7 8 9	Исследование характеристик терморезистивных и термоэлектрических термометров Исследование характеристик тензорезисторов Применение тензорезисторов для измерения давлений Индуктивные дифференциально-трансформаторные преобразователи Применение емкостных преобразователей для измерения ускорений Разработка тензорезистивного измерителя усилий Разработка терморезистивного измерителя температуры Разработка термоэлектрического измерителя температуры Коррекция нелинейности характеристики термистора	3.4 2.1; 2.2 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 2.2

Тема 1 Исследование характеристик терморезистивных и термоэлектрических термометров

Задание

1. Используя оборудование лабораторного стенда №10, произвести измерение изменений температуры в термоблоке в диапазоне 0 – 50 -0 ^оС с шагом 5^оС по показаниям логометра, в цепь которого включён медный терморезистор Т1(Rt1) . Одновременно регистрировать показания омметра, поочередно подключаемого к алмазному T2(Rt2) и полупроводниковым T3(Rt3) и Т5(Rt5) термопреобразователям.

2. Построить реальную статическую (градуировочную) характеристику R=f(t) для алмазного преобразователя.

3. С помощью функции связи «температура – сопротивление»: t=to+ln(Rизм/Ro)/α , где to и Ro соответствуют нижним точкам температурной характеристики или ее поддиапазона (градуировочным точкам температурной характеристики) вычислить и построить графики температурных характеристик для полупроводниковых T3(Rt3) и Т5(Rt5) преобразователей.

4. Определить абсолютные погрешности измерения температуры комплектом «медный терморезистор Т1(Rt1) + логометр» и полупроводниковым термистором Т3 в сравнении с номинальной характеристикой термистора Т5(Rt5), используемым в качестве образцового.

5. По значениям градуировочной харатеристики (ГР) преобразования терморезисторов определить их чувствительность для ряда точек диапазона измерения температуры.

Сделать выводы.

Методические указания

Наиболее распространёнными и освоенными промышленностью в области низких и средних температур являются контактные параметрические методы измерения, использующие терморезисторы и термопары. В этих приборах выходной величиной, определяющей измеряемую температуру среды, являются: электрический ток, сопротивление или ЭДС.

Принцип действия параметрических термометров основан на зависимости электрического сопротивления проводника от температуры окружающей среды.

В диапазоне положительных температур такая зависимость имеет вид

R_T=R_o(1+AT+BT²)

Изготавливают терморезисторы из платины и её сплавов или из меди :

- платиновые терморезисторы применяют для измерения температур до 1000^оС ,

- медные – до 200^оС.

Причём для меди данное аналитическое выражение ограничивается двумя членами.Кроме металлов и сплавов используются и полупроводниковые материалы.

Приборы из полупроводников , именуемые термисторами , отличаются большой чувствительностью (на порядок выше чем у металлов) , но одновременно обладают плохой воспроизводимостью и нелинейной характеристикой

R_T=R_oexp α(Tо-Т).

Эта характеристика может быть разбита на несколько участков, для каждого из которых устанавливается свой температурный коэффициент αi. Границы участков являются точками перегиба характеристики и задаются в виде градуировочных точек (начального R_o или конечного R_к значений сопротивления прибора).

Чувствительность преобразователя.

Эта характеристика определяется следующим образом

S=∆R/∆T , Ом/град

Где ∆T и ∆R - изменение температуры и соответствующее ему изменение сопротивления терморезистора. В данной работе при экспериментальном определении чувствительности можно принять ∆T=5 град.

При линейной ГР во всем диапазоне температур чувствительность постоянна, при нелинейной – S является переменной величиной. Чем больше величина S тем меньшие изменения температуры можно обнаружить при измерении.

Термисторы имеют существенно нелинейную ГР, но их чувствительность гораздо выше, чем у медных или платиновых терморезисторов. Для измерения температуры такими преобразователями используются любые электрические цепи, предназначенные для измерения сопротивлений. Наибольшее распространение получили автоматические уравновешивающие мосты и неравновесные мосты с логометрами.

В настоящей лабораторной работе исследуются характеристики двух терморезисторов: медного Т1(Rt1) и алмазного T2(Rt2), а также двух полупроводниковых (термисторов) T3(Rt3) и Т5(Rt5).

Медный терморезистор Т1(Rt1) включён по трёхпроводной схеме в неравновесный мост с логометром. Такая схема включения позволяет практически полностью исключить из результата измерения погрешность, обусловленную изменением сопротивления подводящих проводов под влиянием внешней среды.

Полупроводниковый термометр Т5 используется в данной работе в качестве образцового.

Оборудование, используемое при выполнении работы .

Лабораторный стенд №10 в составе :

PV2- неравновесный мост с логометром типа Щ69000 ;

PV1- вольтметр М265;

ИВ1- лабораторная установка , состоящая из встроенного в стенд термоблока с контрольным и исследуемыми термометрами и автономного пульта управления нагревом;

PV3- универсальный цифровой прибор В7-16 ;

SB1- переключатель каналов измерения .

Схема лабораторного стенда

И сследуемые термометры:

T1(Rt1)- терморезистор медный ТМ293-01;

Т2(Rt2)- терморезистор алмазный ТРА-1;

T3(Rt3)- термистор полупроводниковый ТЭ255;

Т5(Rt5)- термометр полупроводниковый ТЭ233;

ГР термистора ТЭ 233 (Rt5):

Температурный коэффициент сопротивления αi :

при t= 0 10^о С α= - 0,0422 1/^оС

при t= 10 20^о С α= - 0,0422 1/^оС

при t= 20 30^о С α= - 0,0362 1/^о С

при t= 30 40^о С α= - 0,0281 1/^о С

при t= 40 50^о С α= - 0,0261 1/^о С

Градуировочные точки :

Температура tгр,^оС Сопротивление Rгр, Ом

10,00 768,0

20,00 504, 0

30,00 351,0

40,00 265,0

50,00 204,0

ГР термистора ТЭ255 (Rt3):

Температурный коэффициент сопротивления α = + 0,00143 1/^оС

Сопротивление при 0^оС R_о=611,5 Ом

ГР терморезистора ТРА-1 (Rt2) НЕИЗВЕСТНА и подлежит исследованию.

ГР терморезистора ТМ293 (Rt1) :

Температурный коэффициент сопротивления А = 0,004112 1/^оС

Сопротивление при 0^оС R_о= 49,99 Ом

Методика выполнения эксперимента

Включить питание стенда и прибора В7-16 от сети 220В и установить питание логометра равным 4В.

Установить переключатель управления термоблоком в положение «Ручн» а переключатель «Режимы» в положение «Охлаждение» и контролировать изменение температуры в термоизолированной камере по показаниям логометра.

При достижении температуры <0^оС установить переключатель «Режимы» в положение «Откл» и записать показания логометра и прибора В7-16 (в режиме измерения сопротивлений), поочерёдно подключая к нему терморезисторы Т2(Rt2) , Т3(Rt3) и Т5(Rt5) с помощью 3-х клавишного переключателя на стенде.

Не допускать, при этом, возврата показаний логометра в область положительных температур.

Установить переключатель «Режимы» в положение «Нагрев» и, контролируя изменение температуры в термоизолированной камере по показаниям логометра, производить регистрацию показаний прибора В7-16 в точках: 0 ; +5 ; +10 ; +15 ; +20 ; +25 ; +30 ; +35 ; +40 ; +45 ; +50^оС.

Результаты измерений свести в таблицу.

Повторить измерения в обратном цикле при охлаждении термоблока – переключатель «Режим» перевести в положение «Охлаждение».

Вычислить средние значения для каждой контрольной точки.

При вычислении абсолютных погрешностей измерения температуры:

∆_t1=t_лог-t_расч5 термометром Т1(с логометром)

∆_t3=t_расч3-t_расч5 термометром Т3 (с омметром)

использовать в качестве действительных значений температуры расчётные значения t_расч5 для термометра Т5, которые получать с помощью функции связи «температура – сопротивление»:

t=to+ln(Rизм/Ro)/α ,

где to и Ro соответствуют нижним точкам температурной характеристики или ее поддиапазона (градуировочным точкам температурной характеристики).

Расчетные значения температуры по показаниям термометра Т3 получаются аналогично.

По окончании измерений перевести переключатель «Режим» в положение «Откл» и обесточить все использовавшиеся приборы .

Результаты измерений и вычислений свести в таблицу.

Таблица

Конт-роль- ные точки tлог, оС

Термометр Т2

Термометр Т3

Термометр Т5(Образцовый)

Rt2измер, Ом

Rt3измер, Ом

tрасч оС

Δt3 оС

Rt5измер, Ом

tрасч оС

Δt1, оС

При нагре ва нии

При охла жде нии

Сред нее значе ние

При нагре ва нии

При охла ждении

Сред нее значе ние

При нагре ва нии

При охла ждении

Сред нее значе ние

0

5

……

50